探讨高层住宅小区防雷接地设计及施工技术

李 宁 中交路桥北方工程有限公司助理工程师

罗瑞鹏 中交路桥北方工程有限公司高级工程师

1 项目概况

项目位于山东省泰安市东平县宿昌路以东，滨河街以北的罗庄村范围，基底北高南低，由5 栋住宅楼、2 栋公建和地下车库组成，总建筑面积94 803.79 m2。其中，4#住宅楼地下2 层，地上21 层，剪力墙结构，建筑面积为20 479.26 m2；5#住宅楼和6#住宅楼地下2 层，地上26 层，剪力墙结构，建筑面积为24 865.9 m2；7#住宅楼和8#住宅楼地下2 层，地上26 层，同样为剪力墙结构，建筑面积为27 926.12 m2；17#配套公建地上3层，框架结构，建筑面积为944.07 m2；21#换热站工程地上1 层，框架结构，建筑面积为151.3 m2；二期地下车库工程地下1 层，框架结构，建筑面积20 437.14 m2。主楼与地下车库整体大开挖，基坑整体呈长方形，基坑东西长约123 m，南北宽约232 m，基坑开挖深度为5.3 ～6.3 m。

本高层住宅小区楼栋属于第三类别防雷等级。每栋楼安装的防雷装置能阻止闪电电涌入侵，抵抗直击雷和雷电电流经引下线和接地装置产生的高点位对附近金属物或电气电子系统线路的反击[1]。对电梯电井房、信号通信室、消防专用室、防雷、电力电气设备等的保护接地采用的是同一个接地体。其中，信号通信室、消防专用室的接地下引线独立分开设置，接地电阻小于等于1 Ω，实测值大于等于1 Ω 时需增设人工接地。

2 防雷接地设计及施工在电气安装中的重要性

随着科技快速的发展、技术不断的进步，人们对高层住宅小区的安全需求也在不断提高，人口越来越密集，城市的高层办公写字楼和小区住宅越建越高，且越建越多。相对于传统低矮的住宅，现代住宅小区普遍智能信息化，内外部电子设备众多，导致高楼比低矮楼更容易遭受雷电打击。一旦受到雷电攻击，高层住宅建筑和设备会被破坏甚至危及人身安全，因此需要高度重视高层住宅小区的防雷接地设计及施工工作。由于雷击时会产生热效应，雷电流形成雷电波入侵、静电感应以及电磁感应。因此，想要切实防护雷电破坏，高层住宅小区一定要做好建筑物内外部的防雷接地设计，并严格按照设计及施工方案进行施工。

防雷最主要就是“泄”和“抗”两种措施，防雷接地主要是将防雷接地的避雷设施，通过接地体接到地面的深处将雷泄掉，以此削弱雷电电流，防止雷电能量破坏被保护物体。此外，一般电气设备均具有一定的绝缘和其他补救防护措施，用来减弱雷击破坏的能力[2]。建筑物综合防雷系统设计及施工原理如图1 所示，只有避雷设施及绝缘等措施有效结合，并严格把控防雷接地施工质量，才能避免或者减少雷击，从而保证高层住宅小区安全及供电和保障小区及附近人员安全。

图1 建筑物综合防雷系统设计及施工原理

3 高层住宅小区防雷接地外部系统设计及施工

高层住宅小区外部系统的防雷接地设计及施工重点在于保护建筑物本身不会受到直击雷与侧击雷的袭击。本高层住宅小区最易遭受雷击的部位是檐角、女儿墙、出屋面烟风道及突出的电梯机房等，具体涉及接闪器、引下线、接地装置等方面的设计及施工。罗庄二期项目的主楼屋面避雷设计及施工线路如图2 所示。

图2 罗庄二期项目的主楼屋面避雷设计及施工线路图

3.1 防雷接闪器设计及施工

防雷接闪器主要由避雷网和避雷针以及其他金属构件构成，与下引线、接地装置有良好的电气连接。工作原理为由避雷针将雷电导入自身，雷电流通过下引线、接地装置迅速泄流到大地，以此来保护建筑物、建筑物内的电气设备及人身安全。为了提高保护有效性，避雷针必须高度足够，但其高度越高，受到雷击的概率也会越大，因此为了实现均衡，要用到避雷网或避雷带等装置。本项目选用多针防护避雷针，其采用直径为25 mm 的热镀锌圆钢，顶部高出被保护物不小于2 000 mm，从而明显降低被雷击概率。对高层住宅小区的防雷接闪器进行设计时，首先需要综合考虑高层住宅建筑屋顶的有线电视系统、电气火灾监控系统、消防电源监控系统、点视监控系统以及配电系统等，保证其完全处在接闪器的保护区域内[3]。如果有个别装置处在非保护区域，则需要为其增设避雷带、避雷针或避雷网。其次在建筑物屋顶敷设的避雷带及其支架应当朝外倾斜，保证避雷带在建筑物本身的外表面，从而避免屋檐外边沿遭受雷击，否则雷击中混凝土碎块会对地面的行人、车辆造成影响。最后由于檐角、女儿墙、烟风道及电梯机房等会延伸且高过屋面，相比屋面更容易遭受雷击，因此在防雷接地设计时要对其设置接闪器，并与屋面防雷装置相连，尤其与屋顶的部分构件进行连接，不能忽视避雷带的敷设。

3.2 引下线设计及施工

安装防雷接地引下线能够将雷击电流从接闪器传送到接地装置导体中，而且由于高层住宅建筑需要用到的引下线相对于中低层建筑较长，雷电感应相对较大，因此需要隔几层布设均压环。本高层住宅小区各栋楼的均压环设置在地上3 层以上部分，利用外墙和框架梁的水平筋与引下线焊接而形成一个闭合回路，还要保证均压环能与所有引下线、楼层结构钢筋、金属制品等可靠连接，与建筑物墙体钢筋、圈梁钢筋形成电气通路，预防出现雷电效应，并依托剪力墙内的4 根直径为18 mm 的竖向纵筋焊接而成。用剪力墙内钢筋作为引下线，在防雷接地设计引下线时要重视引下线的数量与走线，主要沿着建筑物四周进行均匀对称布置，并且间距不得超过规范标准，同时尽量较多地布设引下线，进一步缩小下引线间距[4]。高层住宅楼利用混凝土构件中的钢筋作为接下引线时，需注意柱内主筋与梁内主筋的连接用连接件代替电焊，连接件采用扁钢或者直径为20 mm 的HRB400 钢筋。关于墙柱主筋与框梁内避雷带的连接则要特别注意，无论避雷带是使用扁钢还是圆钢制作，焊接一律在扁钢或圆钢搭接背焊，以此保证焊接质量。筏板基础上防雷接地扁钢焊接过程如图3 所示，焊接效果如图4 所示。

图3 筏板基础上防雷接地扁钢焊接过程

图4 筏板基础上防雷接地扁钢焊接效果

3.3 接地极设计及施工

接地极装置包含接地体和接地线，作用在于将雷电流传导流入大地，用来削弱雷电电流、防止雷电能量破坏被保护物体、减弱雷击破坏的能力。本高层住宅小区的接地极由建筑物桩基、筏板基础上下两层主筋的两根通长筋焊接形成的基础接地网并连接室外用钢管、圆钢、扁钢等材料的人工接地装置组成（见图5）。高层住宅利用混凝土构件中的钢筋作为接地极时，应注意筏板基础钢筋之间的连接方式，即不能用电焊将钢筋互相作T 字形直接焊在一起，而必须用弯成直角的连接件将钢筋搭接焊在一起，且连接件采用与板内钢筋同规格的钢筋。柱内主筋与粱内主筋的连接应和筏板钢筋连接做法一样，但连接件可用同规格钢筋，也可用扁钢。剪力墙、柱内主筋与梁内避雷带一般是扁钢或圆钢构成，均应采用搭接背焊，此外还可以在引出处预先埋设一块钢板，以便用于连接。

图5 主楼筏板基础内接地极效果图

4 高层住宅防雷接地内部系统设计

对高层住宅小区进行防雷接地内部系统设计及施工，目的在于防止雷电感应与雷电波侵入，既能减少电磁感应，又能避免跨步电压、接触电压等带来的伤害。一般内部防雷接地设计及施工需要做好等电位联结、过压保护器安装等工作。

4.1 等电位联结设计及施工

等电位设计及施工主要是采用导线将处在防雷范围内的防雷物体、金属物体、电气设备以及电信通信装置等进行连接，防护目的为减少或消除电位差，确保电位始终保持平衡状态，进而达到降低接触电压的效果。本高层住宅小区电源为TN-C-S 系统，设计为等电位联结能够保证发生故障时接触电压大幅降低。在对高层住宅小区展开电气设计、施工工作时，等电位联结是避免低压配电系统运行时发生故障的关键举措之一。

本高层住宅小区设计上采用总等电位联结端子箱MEB 和专用接地保护线。MEB 为紫铜板构件，设置在电气进线间，被楼层结构中的框架梁包在里面。从MEB 箱开始，形成一个闭环导电体。接地网、弱电间内的接地线和总等电位接地装置间采取可靠有效的连接，竖向布置的金属管道两端之间与接地装置相连。

4.2 过电压保护设计及施工

本高层住宅小区过电压保护设计及施工原则如下。第一级电涌保护器在变配电室低压母线上、屋顶室外风机上以及室外照明配电箱内；第二级电涌保护器在主楼各层总配电箱以及配电回路直接引至低压配电箱内；第三级电涌保护器安装在供给电子设备的配电箱及末端照明箱上。施工中遇到铜缆或光纤线路有加强筋保护时，均采用通信线路电涌保护器或其他过电压保护装置。

5 高层住宅小区防雷接地施工质量控制

5.1 防雷预控施工质量控制

首先，本高层住宅小区防雷接地施工前，技术人员需要组织各单位对设计图纸进行图纸会审和交流探讨，并仔细核对图纸中各个施工参数。其次，施工中需要严格执行技术交底制度，确保施工作业人员熟知作业要点、标准以及流程，施工中遇到设计问题要及时与设计人员沟通，不仅要熟悉防雷接地布置位置和要求，还要对建筑结构、布局了然如胸。再次，施工中需要严格按照设计及变更进行施工，发现新问题及时与设计院沟通，采取有效措施，确保防雷接地工程的安全质量。最后，需要加强对水电工人的管理。如今在建筑电气施工中常常会忽视施工图的重要性，水电工人按照自己的经验进行施工，不严格按照设计规划进行，极易导致施工出现错误，给防雷接地造成误差，并且不能保证防雷接地的质量，进而导致不可估量的损失。因此防雷接地施工前一定做好安全、技术交底工作，施工中做好施工质量检查，发现问题及时改正。对各栋楼中设置的弱电系统以及弱电信息通信等施工时，技术员要时刻对水电班组进行详细的技术交底，进一步明确防雷接地采取的措施。

5.2 防雷接地材料的质量控制

本高层住宅小区防雷接地系统前期设计中依据建筑标准规范，决定采用扁钢、角钢和圆钢等材料施工。首先，防雷接地材料规格、尺寸一定要符合设计与施工规范要求，且具有相应检测试验报告及质量合格证。其次，在施工中，管理人员需严格要求施工人员，不能随便使用钢筋当作防雷接地材料进行焊接，也不能使用普通的钢筋代替热镀锡材料进行焊接施工。最后，在防雷接地筋的施工中，由于防雷接地材料及钢筋的质量影响着防雷接地焊接的质量，防雷接地焊接的质量决定防雷接地施工的质量，因此在防雷接地施工中一定要控制好防雷接地材料、钢筋焊接的质量，不得出现搭接焊接处有虚焊、焊瘤、夹渣、咬肉等焊接质量问题，也不得出现避雷带、接地体与接地母线焊接处搭接长度不够、焊接倍数不够、只焊单面及不进行防腐处理等问题。

5.3 防雷接地要加强重要工序的质量控制

雷电是不可避免的一种自然现象，防雷接地系统可作为防雷的屏障一直保护着各栋楼层的安全，因此加强防雷接地施工和焊接质量控制显得极其重要。首先，接地和避雷装置的焊接要由具有焊接资格且经验丰富的焊工担任，并提前按照施工方案进行详细的安全、技术交底，从而切实做好高层住宅防雷接地。其次，在防雷接地系统施工中，有许多施工环节极易发生防雷接地质量通病，提高防雷接地施工质量要设立质量控制制度及机构，严格按照设计及规范控制施工，遵循施工验收程序，验收合格后再进行下一道工序施工，进一步确保施工质量。施工管理人员需现场标注并统计框架梁、墙柱上每根钢筋焊接位置、长度、标准等，通知监理工程师进行确认，防止出现漏焊、漏接、质量不达标情况，确保接地极符合设计图纸质量要求。最后，在实际施工操作中，要对防雷接地接地极以及钢筋焊接点位按照图纸统计和标注进行逐个检查，做好接地线焊接点位的定位标识，保证焊接长度与焊接质量满足设计及规范的要求，防止出现接地极与主筋相互混合错乱问题，这样易中断防雷接地线，导致不起作用。另外需强调的是，各栋楼的结构转换层施工中一般需要调整墙柱钢筋位置，因此要对焊接进行反复核实，防止出现漏焊、错焊等质量问题，避免焊错主筋造成接地线中断等问题。

提高防雷接地施工质量要编制周密、切实可行的施工方案及预防措施。施工前进行详细的施工安全、技术交底，并且施工技术人员及施工作业人员需要认真学习有关规范，在施工前、施工中严格控制防雷接地的质量。

6 结语

高层住宅小区在设计与建设之初便需要重点考虑防雷接地设计及施工问题，随着住宅建筑智能化程度日渐提高，涉及的电气设备众多，更需保证充分的防雷接地效果。本文从高层住宅小区外部与内部的防雷接地设计及施工技术进行探讨，全方位把控在设计、施工过程中可能遇到的各类问题，做到按图纸、标准规范施工，更好地避免防雷接地工程安装过程中出现问题及产生一些质量通病，从而保证防雷接地工程的质量。通过总结出一套良好的防雷接地设计及施工方案，以期能够更好地防止雷击、保障人员和设备的安全。